球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，包括數(shù)據(jù)采集單元及主控單元，所述數(shù)據(jù)采集單元包括熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器，熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器依次電連接；所述主控單元包括單片機(jī)，在該單片機(jī)上設(shè)置有SCI串行通信接口、I/O輸入輸出端口、BDM調(diào)試接口及SPI串行外設(shè)接口；所述A/D轉(zhuǎn)換器通過SPI串行外設(shè)接口與所述主控單元通信連接。采用該球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀能及時、準(zhǔn)確地檢測鐵液凝固冷卻過程中的溫度數(shù)據(jù)，并能迅速準(zhǔn)確地傳遞出所檢測的數(shù)據(jù)。
【專利說明】
球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及一種儀器，尤其涉及一種球墨鑄鐵鑄造過程熔體(鐵水)熱分析數(shù)據(jù)的采集儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]球墨鑄鐵鐵水熱分析法是通過測定鐵液凝固冷卻過程中的溫度曲線，利用計算機(jī)分析溫度變化特征參數(shù)來檢測鐵液的碳含量、硅含量與碳硅當(dāng)量，并以此為基礎(chǔ)檢測球化率、蠕化率和材料的力學(xué)性能。在鐵水熱分析過程中，鐵液凝固冷卻過程中溫度數(shù)據(jù)的采集是鐵水熱分析的基礎(chǔ)，鐵液凝固冷卻過程中溫度數(shù)據(jù)能否及時、準(zhǔn)確地檢測出來并傳遞出去是球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀性能優(yōu)劣的主要特征之一，溫度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確則對鐵水成分的熱分析結(jié)果就精確，所檢測的鐵液中的碳、硅含量及材料的力學(xué)性能數(shù)據(jù)也就能與所澆鑄的鑄件產(chǎn)品相一致，否則就會產(chǎn)生較大的檢測誤差，造成產(chǎn)品質(zhì)量的下降;而所檢測的溫度數(shù)據(jù)不能迅速及時并準(zhǔn)確地傳遞同樣也會造成對爐前鐵水的質(zhì)量控制差異與延誤，影響生產(chǎn)效率與鑄件產(chǎn)品質(zhì)量。而這些正是目前市場上球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀產(chǎn)品所存在的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，它能及時、準(zhǔn)確地檢測鐵液凝固冷卻過程中的溫度數(shù)據(jù)，并能迅速準(zhǔn)確地傳遞出所檢測的數(shù)據(jù)。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的一種球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，包括數(shù)據(jù)采集單元及主控單元，所述數(shù)據(jù)采集單元包括熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器，熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器依次電連接;所述主控單元包括單片機(jī)，在該單片機(jī)上設(shè)置有SCI串行通信接口、I/O輸入輸出端口、BDM調(diào)試接口及SPI串行外設(shè)接口 ；所述A/D轉(zhuǎn)換器通過SPI串行外設(shè)接口與所述主控單元通信連接。
[0005]在上述結(jié)構(gòu)中，由于所述數(shù)據(jù)采集單元包括熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器，熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器依次電連接，則待進(jìn)行熱分析的鐵水在熱電偶樣杯內(nèi)這一特定環(huán)境中凝固冷卻，其溫度可以在不受外界環(huán)境影響下按照其鐵水材料自身規(guī)律逐漸變化下降，從而可以由熱電偶檢測其在熱電偶樣杯內(nèi)的準(zhǔn)確的溫度實時變化狀況，得到一系列的微弱電壓模擬量信號，經(jīng)由信號放大器將該微弱的電壓模擬量信號放大傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與鐵水溫度變化相對應(yīng)的、準(zhǔn)確的一系列數(shù)字量數(shù)據(jù)信號;又由于所述主控單元包括單片機(jī)，則通過單片機(jī)可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集指令的接收，當(dāng)接收到指令后迅速及時地將當(dāng)前溫度采樣數(shù)據(jù)采用安全的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行格式封裝，并將采樣數(shù)據(jù)上傳，從而迅速準(zhǔn)確地傳遞出所檢測的數(shù)據(jù);再由于在該單片機(jī)上設(shè)置有SCI串行通信接口、I/O輸入輸出端口、BDM調(diào)試接口及SPI串行外設(shè)接口 ；所述A/D轉(zhuǎn)換器通過SPI串行外設(shè)接口與所述主控單元通信連接，則所設(shè)置的SCI串行通信接口、I/O輸入輸出端口、BDM調(diào)試接口及SPI串行外設(shè)接口可以分別實現(xiàn)與上位機(jī)的通信、操作要求的輸入與狀態(tài)信息的輸出、程序調(diào)試設(shè)備的接入以及與數(shù)據(jù)采集單元的連接等多項功能，使得本球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀功能齊全，使用方便。
[0006]本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，所述熱電偶樣杯包括杯體和設(shè)置于杯體內(nèi)的熱電偶傳感器，熱電偶傳感器與信號放大器電連接。采用該實施方式，用于盛放被測爐前鐵水的熱電偶樣杯將杯體與熱電偶傳感器連為一體，結(jié)構(gòu)緊湊、抗外部干擾能力強(qiáng)，所采集的溫度數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。
[0007]本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式，所述熱電偶傳感器為K型熱電偶傳感器。采用該實施方式，K型熱電偶傳感器測量溫度范圍與鐵水冷卻曲線的特征溫度范圍相對應(yīng)，能很好地滿足鐵水溫度測量的要求。
[0008]本實用新型的又一種優(yōu)選實施方式，所述信號放大器為帶有冷端補(bǔ)償?shù)膯纹瑹犭娕挤糯笃?。采用該實施方式，帶有冷端補(bǔ)償?shù)男盘柗糯笃骶邆淞藷犭娕紲y量的冷端補(bǔ)償功能，簡化了結(jié)構(gòu)，溫度測量數(shù)值更為精確。
[0009]本實用新型進(jìn)一步的優(yōu)選實施方式，所述單片熱電偶放大器為AD595熱電偶放大器。采用該實施方式，AD595熱電偶放大器將儀器放大器和熱電偶冷接頭補(bǔ)償器全部集成在一塊單片芯片上，產(chǎn)生一個10mV/°C的輸出，且包含有熱電偶故障報警功能，其性能較為優(yōu)良。
[0010]本實用新型另一進(jìn)一步的優(yōu)選實施方式，所述A/D轉(zhuǎn)換器為16位串行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用該實施方式，串行輸出的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可保證A/D轉(zhuǎn)換器與主控單元的單片機(jī)通信連接。
[0011]本實用新型又一進(jìn)一步的優(yōu)選實施方式，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為AD677模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用該實施方式，AD677是一款多用途16位串行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用開關(guān)電容/電荷再分配架構(gòu)，其轉(zhuǎn)換速率高，并且通過其片內(nèi)自動校準(zhǔn)功能對內(nèi)部非線性進(jìn)行數(shù)字校正，整體性能更為優(yōu)化。
[0012]本實用新型更進(jìn)一步的優(yōu)選實施方式，所述單片機(jī)為MC9S9S12XE系列單片機(jī)。采用該實施方式，MC9S9S12XE系列單片機(jī)具有32位單片機(jī)的性能和16位單片機(jī)的所有優(yōu)勢和高效率，能很好地適應(yīng)球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀的使用性能要求。
[0013]本實用新型另一更進(jìn)一步的優(yōu)選實施方式，所述SCI串行通信接口與電平轉(zhuǎn)換芯片電連接。采用該實施方式，可保證SCI串行通信接口與接受數(shù)據(jù)的上位機(jī)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽繉崿F(xiàn)。
[0014]本實用新型又一更進(jìn)一步的優(yōu)選實施方式，所述I/O輸入輸出端口連接有操作按鈕與指示信號燈。采用該實施方式，操作按鈕可簡單地實現(xiàn)操作要求的輸入，指示信號燈則可通過光信號方便地反映出球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀的相關(guān)狀態(tài)信息。
【附圖說明】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0016]圖1是本實用新型球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖中:1一數(shù)據(jù)采集單元、2—主控單元。
【具體實施方式】
[0018]在圖1所示的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀中，數(shù)據(jù)采集單元I實現(xiàn)對所采樣的爐前鐵水的溫度數(shù)據(jù)的檢測功能，并將所檢測得的溫度數(shù)據(jù)模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)據(jù)采集單元I與主控單元2通信連接，主控單元2實現(xiàn)對上位機(jī)數(shù)據(jù)采集指令的接收，按指令要求迅速及時地對數(shù)據(jù)采集單元I所采集的當(dāng)前溫度采樣數(shù)據(jù)采用安全的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行格式封裝，并將采樣數(shù)據(jù)上傳。數(shù)據(jù)采集單元I包括熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器，熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器依次電連接，其中，熱電偶樣杯包括杯體和設(shè)置于杯體內(nèi)的熱電偶傳感器，所采用的熱電偶傳感器為K型熱電偶傳感器，熱電偶傳感器與信號放大器電連接;信號放大器為帶有冷端補(bǔ)償?shù)膯纹瑹犭娕挤糯笃?，該單片熱電偶放大器為AD595熱電偶放大器;A/D轉(zhuǎn)換器為16位串行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所采用的該模數(shù)轉(zhuǎn)換器為AD677模數(shù)轉(zhuǎn)換器。主控單元2包括單片機(jī)，該單片機(jī)為MC9S9S12XE系列單片機(jī)，在該單片機(jī)上設(shè)置有SCI串行通信接口、I/0輸入輸出端口、BDM調(diào)試接口及SPI串行外設(shè)接口，其中，SPI串行外設(shè)接口使主控單元2與A/D轉(zhuǎn)換器通信連接，SCI串行通信接口與RM232電平轉(zhuǎn)換芯片電連接，I/O輸入輸出端口連接有操作按鈕與指示信號燈。
[0019]以上僅列出了本實用新型的一些【具體實施方式】，但本實用新型并不僅限于此，還可以作出較多的改進(jìn)與變換，如所述單片機(jī)及A/D轉(zhuǎn)換器、熱電偶傳感器、信號放大器等均可選用其它性能相近的規(guī)格型號的產(chǎn)品。如此等等，只要是在本實用新型基本原理基礎(chǔ)上所作出的改進(jìn)與變換，均應(yīng)視為落入本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，包括數(shù)據(jù)采集單元(I)及主控單元(2)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集單元(I)包括熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器，所述熱電偶樣杯、信號放大器、A/D轉(zhuǎn)換器依次電連接;所述主控單元(2)包括單片機(jī)，在該單片機(jī)上設(shè)置有SCI串行通信接口、I/O輸入輸出端口、BDM調(diào)試接口及SPI串行外設(shè)接口 ；所述A/D轉(zhuǎn)換器通過SPI串行外設(shè)接口與所述主控單元(2)通信連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述熱電偶樣杯包括杯體和設(shè)置于杯體內(nèi)的熱電偶傳感器，熱電偶傳感器與信號放大器電連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述熱電偶傳感器為K型熱電偶傳感器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述信號放大器為帶有冷端補(bǔ)償?shù)膯纹瑹犭娕挤糯笃鳌?.根據(jù)權(quán)利要求4所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述單片熱電偶放大器為AD595熱電偶放大器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述A/D轉(zhuǎn)換器為16位串行輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為AD677模數(shù)轉(zhuǎn)換器。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述單片機(jī)為MC9S9S12XE系列單片機(jī)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述SCI串行通信接口與電平轉(zhuǎn)換芯片電連接。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球墨鑄鐵熱分析數(shù)據(jù)采集儀，其特征在于:所述I/O輸入輸出端口連接有操作按鈕與指示信號燈。
【文檔編號】G05B19/042GK205644193SQ201620480701
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】周怡君, 戴挺, 王明君
【申請人】東南大學(xué)